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CN118244287A - 一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测方法及装置 - Google Patents

一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测方法及装置 Download PDF

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CN118244287A
CN118244287A CN202311564248.6A CN202311564248A CN118244287A CN 118244287 A CN118244287 A CN 118244287A CN 202311564248 A CN202311564248 A CN 202311564248A CN 118244287 A CN118244287 A CN 118244287A
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laser
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vortex
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孙文波
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Donghai Laboratory
Original Assignee
Donghai Laboratory
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Publication date
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Abstract

本发明公开了一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测方法，包括如下步骤：在激光雷达发射镜头安装涡旋相位板；激光雷达发射激光，激光穿过涡旋相位板造成涡旋光环；激光束在空间横向扫描形成锥形光筒扫描区；扫描到目标，获取回波；通过目标与锥形光筒两次接触的时间和空间位置，计算出目标的速度矢量v，同时计算出目标方向的单位向量d，激光对目标大于二次接触的，给出目标加速度矢量；计算机通过目标的瞬间位置、速度矢量和加速度矢量即可精准测定目标短时间的位置。本发明通过涡旋相位板，造成涡旋光环，在空间形成光锥转动扫描区，形成严密的动态立体监视空间，使目标碰到激光的机会和散射都增大，从而使探测距离也增加。

Description

一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测方法及装置
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，具体为一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测方法及装置。
背景技术
低空小目标，如无人机，可以对机场，船只或其它设施如交通枢纽和储能基地等造成安全威胁。对低空运动小目标必须有办法快速发现，驱离，或拦截。然而，由于这些小目标高度低，多采用非金属复合材料甚至纸板，雷达散射截面小，雷达回波受地面回波噪声影响大，所以在接近禁区的区域其很难被微波和毫米波雷达探测到。而由于激光光束直径小，方向性好，几乎可以不受地面干扰，并且对非金属材料也像对金属一样有强散射回波，采用激光雷达对低空运动目标进行探测是一种有效的办法。然而，也正是由于普通激光雷达光束很窄，所以其在空中扫描到运动小目标的概率很低。因此，采用多光束激光雷达已成为探测低空小目标的一种方法，但多光束激光雷达必须采用几十甚至上百个激光器同时发光，且光束之间的缝隙会漏掉目标，所以现有的低空小目标的探测技术，无论从制造成本上来看还是从使用便捷与探测精准度上来看，都存在缺陷。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测方法，以解决背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测方法，包括如下步骤：
在激光雷达发射镜头安装涡旋相位板；
激光雷达发射激光，激光穿过涡旋相位板造成涡旋光环，激光在空间形成转动的锥形光筒扫描区；
扫描到目标，获取回波；
通过目标与锥形光筒两次接触的时间和空间位置，计算出目标的速度矢量v，
同时计算出目标方向的单位向量d，
其中，x1,y1,z1为第一次与目标接触的位置坐标，t1为第一次的接触时刻，x2,y2,z2为第二次与目标接触的位置坐标，t2为第二次的接触时刻；
激光对目标大于二次接触的，给出目标加速度矢量；
计算机通过目标的瞬间位置、速度矢量和加速度矢量即可精准测定目标短时间的位置。
本发明提供一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测装置，包括涡旋相位板。
本发明的有益效果在于：
本发明在激光雷达出射头加涡旋相位板以形成锥形光筒，利用目标与光锥两次接触的时间和空间位置，就能计算出目标的速度矢量；而三次以上接触会给出目标加速度矢量。同时激光能量集中于脉冲光圈也会增大目标后向散射截面而使对目标探测更精确，探测距离更大。采用带有角动量的涡旋光形成的大于高斯激光光斑的光圈，也会使激光碰到小目标的概率大大增加，从而达到只用几个激光器就能实现大空域扫描的目的。对低空小目标的拦截更快速精准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的普通激光穿过涡旋相位板造成涡旋光示意图；
图2为本发明实施例提供的单束轨道角动量涡旋光脉冲光环形成的“锥形光筒面”与被探测小目标两次接触可以快速确定目标速度矢量示意图。
附图标记说明：
图1中，1为涡旋相位板，2为普通高斯激光，3为带有轨道角动量的涡旋激光；4为光束方向；
图2中，5为运动目标在第一接触点的位置坐标，6为运动目标在第二接触点的位置坐标，7为轨道角动量涡旋光脉冲光环，8为目标运动轨迹，9为激光雷达。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
如图1-2所示，本发明提供了一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测方法，包括如下步骤：
在激光雷达发射镜头安装涡旋相位板；
激光雷达发射激光，激光穿过涡旋相位板造成涡旋光环，激光在空间形成转动的锥形光筒扫描区；
扫描到目标，获取回波；
通过目标与锥形光筒两次接触的时间和空间位置，计算出目标的速度矢量v，
同时计算出目标方向的单位向量d，
其中，x1,y1,z1为第一次与目标接触的位置坐标，t1为第一次的接触时刻，x2,y2,z2为第二次与目标接触的位置坐标，t2为第二次的接触时刻；
激光对目标大于二次接触的，给出目标加速度矢量；
计算机通过目标的瞬间位置、速度矢量和加速度矢量即可精准测定目标短时间的位置。
本发明在普通激光雷达出射镜头上加如图2所示的涡旋相位板，造成涡旋光环，以在空间形成大型光锥转动扫描区，从而达到只用几个激光器就能实现大空域扫描的目的，形成严密的动态立体监视空间。本发明把激光能量集中在光圈部分，使目标碰到激光时的散射大大增强，从而使探测距离大大增加。
本发明提供了一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测装置，包括涡旋相位板1。
涡旋相位板1上设有螺旋相位片，螺旋相位片的拓扑荷数可为1～50。光路简单且稳定，损伤阈值高，螺旋相位精度高。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (2)

1.一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测方法，其特征在于，包括如下步骤：
在激光雷达发射镜头安装涡旋相位板；
激光雷达发射激光，激光穿过涡旋相位板造成涡旋光环，激光在空间形成转动的锥形光筒扫描区；
扫描到目标，获取回波；
通过目标与锥形光筒两次接触的时间和空间位置，计算出目标的速度矢量v，
同时计算出目标方向的单位向量d，
其中，x1,y1,z1为第一次与目标接触的位置坐标，t1为第一次的接触时刻，x2,y2,z2为第二次与目标接触的位置坐标，t2为第二次的接触时刻；
激光对目标大于二次接触的，给出目标加速度矢量；
计算机通过目标的瞬间位置、速度矢量和加速度矢量即可精准测定目标短时间的位置。
2.一种测定低空小目标速度矢量的激光雷达探测装置，其特征在于，包括涡旋相位板(1)。
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